用於單個定子葉片的離散加載鰭的製作方法

2023-09-23 09:43:15

專利名稱：用於單個定子葉片的離散加載鰭的製作方法
技術領域：
本文公開的主題涉及燃氣渦輪發動機，並且更具體地，涉及其中的壓縮機負載管理。
背景技術：
在燃氣渦輪發動機中，空氣在多級軸流式壓縮機中進行加壓，並在燃燒器中與燃 料進行混合以產生熱的燃燒氣，燃燒氣向下遊流過一個或多個渦輪級以從該氣體中提取能量。多級軸流式壓縮機將典型地包括由單個壓縮機定子葉片組成的一系列靜止的噴 嘴組件，這些定子葉片支承在壓縮機殼體中的安裝槽中。噴嘴組件接收空氣，該空氣可為壓 縮機入口處的環境空氣，或者為來自上遊壓縮機級的壓縮空氣，並將其引向旋轉的壓縮機 轉子葉片，轉子葉片對空氣進行壓縮以最終輸送到燃燒器，以及輸送到渦輪用於冷卻和密 封目的。壓縮機定子葉片可包括翼型件和基座，具有允許將基座安裝到殼體槽內的特徵。 典型地由組裝以完成360度殼體的兩塊180度的段限定的壓縮機殼體將每個定子葉片基座 容納在機加工槽內，從而限定靜止的噴嘴組件。定子基座部件可以相對無限制的端對端彼 此鄰接的關係存在，當空氣進入並經過噴嘴組件時，氣流作用在翼型件上的力沿圓周方向 在每個定子基座上引起切向負載。結果，定子葉片系列以及相關的葉片基座經受180度殼 體部分周圍沿圓周方向的壓縮力，導致施加到位於殼體段內9點鐘和3點鐘位置處的定子 基座上的嚴重的壓縮力。這些部件承受了最高的壓力負載，並因而承受了最高的阻尼，與此 相對，位於180度之外的定子以及相關的基座經受最小的負載和阻尼。這種構造的結果可 能是來自輕度受載的定子葉片的高度振動行為，從而導致低於期望的壓縮機壽命。需要提供一種軸流式壓縮機，其跨越整個噴嘴組件具有低程度的振動行為，並具 有一致的定子葉片的力負載。

發明內容
根據本發明的一個方面，一種渦輪發動機包括在內壁中形成有周向延伸的槽的周 向殼體。槽內設置有徑向向內朝向的鰭環(fin-ring)，且該鰭環具有徑向向內凸起的鰭，鰭 跨越該鰭環沿軸向延伸。徑向向內延伸的定子葉片具有基座和翼型件。基座設置在殼體槽 內，位於鰭環的徑向向內位置。在定子葉片基座中設置了互補的基座槽，並且該基座槽構造 成在其中容納鰭，用於將施加到定子葉片上的周向力傳遞給鰭環。根據本發明的另一個方面，一種渦輪發動機包括多級軸流式壓縮機，該壓縮機具 有周向殼體，該周向殼體帶有形成在其內壁中的周向延伸的槽。在槽中設置有徑向向內朝 向的鰭環，且該鰭環具有軸向跨越該鰭環延伸的呈隔開關係的多個徑向向內延伸的鰭。靜 止的噴嘴組件包括多個徑向向內延伸的定子葉片。各葉片均具有翼型件和基座，且基座中 設置有基座槽。定子葉片基座設置在周向延伸的槽中，且基座槽容納鰭環的徑向向內延伸
3的鰭，用於將施加到定子葉片上的周向力傳遞給鰭環。


結合附圖，在以下的具體實施方式
中更具體地描述了根據優選和示例性實施例的 本發明及其更多的優點，附圖中圖1為根據本發明的一個實施例的示例性燃氣渦輪發動機的一部分的軸向截面 視圖；圖2為穿過圖1的燃氣渦輪發動機壓縮機的靜止噴嘴組件所取的周向橫截面視 圖；圖3為圖1的燃氣渦輪發動機壓縮機的噴嘴組件的一部分的等軸測圖；圖4為圖3的燃氣渦輪發動機壓縮機的噴嘴組件的另一個實施例的一部分的視 圖；以及圖5為圖1的燃氣渦輪發動機壓縮機的噴嘴組件的另一個實施例的一部分的視 圖。部件列表10燃氣渦輪發動機12多級軸流式壓縮機14燃燒器16多級渦輪18壓縮空氣20熱的燃燒氣22外部殼體24上部殼體2628殼體槽30殼體內壁32鰭環段33 鰭環34定子葉片36 基座件(34)38 翼型件(34)4042靜止的噴嘴段44 鰭45 側壁(44)46基座槽47 側壁(46)48底部表面(34)50 端部(32)
132鰭環段134定子葉片136 基座件(134)138 翼型件(1；34)144 鰭145 側壁(144)146基座槽147 側壁(146)148 底部表面(134)
具體實施例方式圖1中圖示了示例性燃氣渦輪發動機10的一部分。發動機圍繞縱向或軸向的中 心線成軸對稱，並以串行流動連通的方式包括多級軸流式壓縮機12、燃燒器14以及多級渦 輪16。在運行過程中，來自壓縮機12的壓縮空氣18流向燃燒器14，燃燒器14燃燒燃料和 壓縮空氣以產生熱的燃燒氣20。熱的燃燒氣20向下遊流動經過多級渦輪16，該多級渦輪 16從燃燒氣中提取能量。壓縮機12包括可由上外殼24和下外殼(未示出)構成的周向殼體22。在工業或 陸基燃氣渦輪機應用中，通常外殼24包括殼體22的360度圓周的180度；也可選擇其它合 適的殼體構造。通過機加工或其它方式形成的殼體槽28位於圖2的殼體22的內壁30中。 如圖2和圖3所示，殼體槽構造成容納徑向向內朝向的鰭環段32，當鰭環段加載到殼體槽中 時，將限定沿殼體槽28的圓周延伸的鰭環33。一系列定子葉片34中的每一個葉片均包括 基座件36和從基座件向外延伸的翼型件38。基座件構造成使得其橫截面與殼體槽28的一 部分互補。殼體槽容納位於鰭環段32的徑向向內位置的定子葉片34的基座件36，使得翼 型件38徑向向內朝向周向殼體22的中心線凸起。當以端對端的關係加載到殼體槽28中 時，定子葉片34將限定圍繞多級壓縮機12的周向殼體22的內圓周的靜止的葉片噴嘴組件 42。更具體地參考圖3，在一個示例性實施例中，各鰭環段32均具有與定子葉片34的 每個基座件36的周向長度非常近似的周向長度。徑向向內延伸的脊或鰭44軸向地跨越各 鰭環段32的一部分延伸。鰭44包括側壁45，並構造成與互補的基座槽46匹配，基座槽46 具有形成在定子葉片34的基座件36的底部表面48中的側壁47。在多級軸流式壓縮機12 的運行過程中，翼型件38上的氣流在定子葉片34上施加周向力「F」。周向力「F」從基座件 36的互補基座槽46的側壁47傳遞給鰭44的鄰近側壁45。結果鰭環段32且最終鰭環33 將吸收施加給每個定子葉片34的力「F」的總和，而不是通過接觸在靜止的噴嘴組件42的 相鄰基座件36之間傳遞的力。噴嘴組件中的每個定子葉片34將經受相對一致的而不是增 加的力負載。在圖4中圖示的一個備選實施例中，各鰭環段32可具有和定子葉片34的若 幹相鄰基座件36的周向長度近似的周向長度，從而減少了必須組裝到周向殼體22中的單 個部件的數量。參考圖5，其中相似的數字用於圖示已描述的相似特徵，在另一個示例性實施例 中，徑向向內延伸的脊或鰭144軸向地跨越鰭環段132延伸。鰭144包括側壁145並構造
5成與互補的基座槽146匹配，基座槽146具有形成在定子葉片134的基座件136的各端部 處的底部表面148中的側壁147。在多級軸流式壓縮機12的運行過程中，翼型件138上的 氣流在定子葉片134上施加周向力「F」。周向力「F」從基座件134的互補基座槽146的側 壁147傳遞給鰭144的鄰近側壁145。結果鰭環段32且最終鰭環33將吸收施加給每個定 子葉片34的周向力「F」的總和，而不是通過接觸在靜止的噴嘴組件42的相鄰基座件136 之間傳遞的力。噴嘴組件42中的各定子葉片134將經受相對一致的力負載。儘管已將本發明的示例性實施例描述成包括跨越鰭環段軸向延伸的鰭，但應該認 識到鰭的構造(儘管描述成具有「軌狀」構造)可包括多種其它合適的形狀中的任意一種 形狀，並且依然落入本文所描述的本發明的範圍內。本書面說明書使用實例來公開本發明，包括最佳模式，並使得本領域的技術人員 能夠實施本發明，包括製造和使用任何裝置或系統，以及執行任何結合的方法。本發明可取 得專利的範圍由權利要求書限定，並可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果此類其 它實例具有的結構要件和權利要求的字面語言沒有不同，或者如果它們包括的等價結構要 件和權利要求書的字面語言沒有本質的不同，則它們都意在屬於權利要求書的範圍之內。
權利要求
一種渦輪發動機(10)，包括周向殼體(22)，其具有形成在其內壁(30)中的周向延伸的槽(28)；徑向向內朝向的鰭環(33)，其設置在所述槽中，並具有軸向地跨越所述鰭環(33)延伸的徑向向內延伸的鰭(44)；徑向向內延伸的定子葉片(34)，其具有基座(36)和翼型件(38)，所述基座設置在所述槽中，位於所述鰭環(33)的徑向向內位置；以及互補的基座槽(46)，其設置在所述定子葉片基座(36)中，並構造成將所述鰭(44)容納在所述基座槽(46)中，用於將施加到所述定子葉片(34)上的周向力傳遞給所述鰭環(33)。
2.根據權利要求1所述的渦輪發動機(10)，其特徵在於，所述徑向向內朝向的鰭環 (33)包括一系列鰭環段(32)。
3.根據權利要求1所述的渦輪發動機(10)，其特徵在於，所述徑向向內朝向的鰭環 (33)包括一系列周向地間隔開的、徑向向內延伸的鰭(44)，所述鰭(44)構造成接合一系列 定子葉片(34)，以在所述殼體(22)中限定靜止的噴嘴組件(42)。
4.根據權利要求3所述的渦輪發動機(10)，其特徵在於，所述噴嘴組件的所述系列定 子葉片(34)的各定子葉片具有一致的力負載。
5.根據權利要求1所述的渦輪發動機(10)，其特徵在於，所述互補的基座槽(46)構造 成在所述定子基座葉片(36)的端部之間跨越所述定子基座葉片(36)軸向地延伸。
6.根據權利要求1所述的渦輪發動機(10)，其特徵在於，所述互補的基座槽(46)構造 成在所述定子基座葉片(36)的一端處跨越所述定子基座葉片(36)軸向地延伸的凹槽。
7.一種渦輪發動機(10)，包括具有周向殼體(22)的多級軸流式壓縮機(12)；形成在所述殼體(22)的內壁(30)中的周向延伸的槽(28)；徑向向內朝向的鰭環(33)，其設置在所述槽(28)中，並具有軸向地跨越所述鰭環(33) 延伸的呈間隔關係的多個徑向向內延伸的鰭(44)；靜止的噴嘴組件(42)，其包括多個徑向向內延伸的定子葉片(34)，所述定子葉片(34) 具有翼型件(38)和基座(36)，所述基座(36)帶有設置在其中的基座槽(46)，所述定子葉 片基座(36)設置在所述周向延伸的槽(28)中，且所述基座槽(46)容納所述鰭環(33)的徑 向向內延伸的鰭(44)，用於將施加在所述定子葉片(34)上的周向力傳遞給所述鰭環(33)。
8.根據權利要求7所述的渦輪發動機(10)，其特徵在於，所述徑向向內朝向的鰭環 (33)包括一系列鰭環段(32)。
9.根據權利要求7所述的渦輪發動機(10)，其特徵在於，所述噴嘴組件(42)的所述系 列定子葉片(34)的各定子葉片具有一致的力負載。
10.根據權利要求7所述的渦輪發動機(10)，其特徵在於，所述基座槽(46)構造成在 所述定子基座葉片(34)的端部之間跨越所述定子基座葉片(36)軸向地延伸。
全文摘要
本發明涉及用於單個定子葉片的離散加載鰭，具體而言，本發明的一個示例性實施例涉及具有周向殼體(22)的渦輪發動機(10)，該周向殼體帶有形成在內壁(30)中的周向延伸的槽(28)。徑向向內朝向的鰭環(33)設置在槽(28)中，並具有徑向向內凸起的鰭(44)，鰭軸向地跨越鰭環延伸。徑向向內延伸的定子葉片(34)具有基座(36)和翼型件(38)。基座(36)設置在殼體槽(28)中，位於鰭環(33)的徑向向內位置。互補的基座槽(46)設置在定子葉片基座(36)中，並構造成將鰭(44)容納在基座槽中，用於將施加到定子葉片(34)上的周向力傳遞給鰭環(33)。
文檔編號F04D29/54GK101915162SQ201010118540
公開日2010年12月15日 申請日期2010年1月21日 優先權日2009年1月21日
發明者D·J··卡斯佩斯基 申請人:通用電氣公司